Bahan pertimbangan simulating turbulence. Skala mikro Kolmogorov adalah skala terkecil panjang, kecepatan, dan waktu dalam turbulensi. Fakta bahwa skala tersebut sangat kecil memiliki konsekuensi penting bagi CFD (Computational Fluid Dynamics).
Dalam aerodinamika eksternal otomotif, lapisan batas berkembang dari bagian depan kendaraan yang kemudian berpisah ke arah belakang. Aliran mengalir ulang, membentuk wilayah belakang kendaraan dengan tingkat turbulensi yang tinggi.
Skala panjang Kolmogorov 𝜂~ 0.1 𝑚𝑚, dengan skala waktu ~ 1 𝑚𝑠 , didasarkan pada estimasi laju disipasi energi turbulen ε~10𝑚^2 𝑠(−3) dan 𝑣 =1.5 𝑥 10(−5) 𝑚2 𝑠(−1) untuk udara.
Untuk menyelesaikan pusaran terkecil dengan CFD, maka diperlukan jaringan dengan panjang sel tipikal ~0.01 mm. Karena kita perlu menangkap wilayah belakang kendaraan dengan volume ~ 10 𝑚3 ,jaringan yang sesuai akan terdiri dari ~10 / (10(−5))3= 10(16)sel.
Dalam aerodinamika eksternal otomotif saat ini (2022), beberapa simulasi terbesar dijalankan dengan jaringan sel sebanyak ~ 10(8) pada inti pemrosesan ~ 1000 . Ukuran jaringan ini jelas beberapa orde besarnya lebih kecil daripada yang diperlukan untuk simulasi numerik langsung (DNS) turbulensi pada skala terkecil.
Konsekuensi penting penggunaan jaringan yang tidak menyelesaikan skala terkecil adalah bahwa mekanisme utama dari disipasi energi turbulen tidak terlacak. Hal ini mempengaruhi laju transfer energi dalam kaskade energi.
Jika disipasi energi tidak ditangkap atau diperkenalkan oleh skema numerik yang difusif, kelebihan energi secara tak terhindarkan akan "mengendap", menyebabkan prediksi berlebihan terhadap turbulensi dalam pusaran yang terpecahkan. Begitu juga, turbulensi akan terlalu rendah dengan skema difusif yang memperkenalkan disipasi numerik yang berlebihan.
Simulasi eddy besar (LES) menggunakan pemodelan untuk skala yang tidak terpecahkan sambil menangkap pusaran besar dengan skema numerik yang akurat. Model-model efektif menyerap energi dalam skala yang tidak terpecahkan pada tingkat realistis, misalnya, dengan hukum lima per tiga.
Fluktuasi turbulen diprediksi dalam rentang nomor gelombang yang terpecahkan, yaitu sesuai dengan frekuensi yang lebih rendah. LES oleh karena itu bermanfaat untuk masalah yang melibatkan eksitasi pada frekuensi-frekuensi tersebut, misalnya, getaran yang diinduksi aliran, pembusukan jet, dan kebisingan.
Namun, simulasi ini masih cukup mahal karena sifatnya yang transien, membutuhkan konvergensi kuat dalam setiap langkah waktu untuk akurasi. Ukuran jaringannya masih cukup besar dan waktu simulasi yang lama diperlukan untuk menghasilkan properti rata-rata waktu yang dapat diandalkan.
Oleh karena itu, kita memerlukan metode yang lebih cepat untuk menghitung turbulensi, yang cocok untuk aliran yang stabil (atau cukup stabil).